CN203037612U - 一种嵌入式仿生嗅觉信息采集装置 - Google Patents

一种嵌入式仿生嗅觉信息采集装置 Download PDF

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陈益民
孙运龙
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Abstract

本实用新型是一种嵌入式仿生嗅觉信息采集装置。包括有微处理器模块、传感器阵列模块、温度采样与控制模块、模拟多路开关与电压放大模块、模数转换模块、电源模块,其中传感器阵列模块对装入在密闭容器中的待测气体进行采样,且传感器阵列模块的信号输出端通过与之连接的模拟多路开关和电压放大模块、再通过模数转换模块与微处理器模块连接;密闭容器中还装设有温度采样与控制模块,温度采样与控制模块与微处理器模块连接,电源模块供电至微处理器模块、传感器阵列模块、温度采样与控制模块、模拟多路开关与电压放大模块、模数转换模块。本实用新型可靠性高,操作性强。本实用新型提高了实用性,设计合理,方便实用。

Description

一种嵌入式仿生嗅觉信息采集装置
技术领域
[0001] 本实用新型是一种嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,属于嵌入式仿生嗅觉信息采集装置的改造技术。
背景技术
[0002] 仿生嗅觉信息采集作为一项新型技术,解决了在安全生产、环境监测、食品卫生和国防建设等领域出现的众多问题,特别是对含有多成分的混合性挥发性气味的检测与控制的贡献更加显著,然而,由于气味的成分十分复杂,在商业用途仿生嗅觉信息采集装置研发成功之前,人类只能通过自身的嗅觉系统对与气体进行分辨,但是这种方法大大收到人体自身的限制,并且对于气体的浓度等各种参数,人体是不能进行判断的,然而若是想对有毒的气体进行检测,人体是做不到的,在这种情况下,对于研发一种稳定性高,准确度高的仿生嗅觉信息采集装置替代人类嗅觉系统或者传统的传感器的需要更加地迫切。
[0003] 现有仿生嗅觉信息采集装置存在的缺点是可携带性差,且体积大,重量大,成本很高,一般企业很难承担起这么大的成本需要;此外,可操作性差,不能摆脱传统的按键操作和传统的有线数据传输,难以做到人性化,影响了其推广应用。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种可靠性高,操作性强的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置。本实用新型提高了实用性,设计合理,方便实用。
[0005] 本实用新型的技术方案是:本实用新型的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,包括有微处理器模块、传感器阵列模块、温度采样与控制模块、模拟多路开关与电压放大模块、模数转换模块、电源模块,其中传感器阵列模块对装入在密闭容器中的待测气体进行采样,且传感器阵列模块的信号输出端通过与之连接的模拟多路开关和电压放大模块、再通过模数转换模块与微处理器模块连接;密闭容器中还装设有温度采样与控制模块,温度采样与控制模块与微处理器模块连接,电源模块供电至微处理器模块、传感器阵列模块、温度采样与控制模块、模拟多路开关与电压放大模块、模数转换模块。
[0006] 上述微处理器模块还连接有Zigbee无线收发模块,Zigbee无线收发模块的接收模块通过串口与微处理器模块I连接,上述Zigbee无线收发模块8的发送模块与无线终端连接。
[0007] 本实用新型由于采用以气味信息采集作为对象,采用气味传感器阵列搭配微处理器的结构,本实用新型克服了传统的仿生嗅觉信息采集系统成本高,体积大,重量大的缺点,提高了可携带性,摆脱了与PC机间的传统有线连接;实现了非专业人员也能很好的使用,提高了实用性、可靠性、可操作性;且大大提高了气味采集模块采集数据的精准度,在数据传输方面加入Zigbee无线收发模块,实现了仿生嗅觉信息采集与物联网的有效结合,本实用新型是一种设计巧妙,性能优良,方便实用的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置。附图说明
[0008] 图1为本实用新型的原理框图;
[0009] 图2为本实用新型的工作原理图。
具体实施方式
[0010] 实施例:
[0011] 本实用新型的原理框图如图1所示,包括有微处理器模块1、传感器阵列模块2、温度采样与控制模块3、模拟多路开关与电压放大模块4、模数转换模块5、电源模块9,其中传感器阵列模块2对装入在密闭容器中的待测气体进行采样,且传感器阵列模块2的信号输出端通过与之连接的模拟多路开关和电压放大模块4、再通过模数转换模块5与微处理器模块I连接;密闭容器中还装设有温度采样与控制模块3,温度采样与控制模块3与微处理器模块I连接,电源模块9供电至微处理器模块1、传感器阵列模块2、温度采样与控制模块
3、模拟多路开关与电压放大模块4、模数转换模块5。
[0012] 此外,为了实现数据的存储,上述微处理器模块I还连接有存储器模块6。本实施例中,存储器模块6主要包括IG的NAND FLASH,256M的DDR RAM和存储控制器(SDRAM),实现数据的缓存和嵌入式系统文件、内核的存储以及存储控制器对数据的读写操作。
[0013] 为了实现人机交互,上述微处理器模块I还连接有IXD模块7。本实施例中,IXD模块7通过LCD控制器实现显示的功能。LCD的液晶屏型号推荐选择薄膜晶体管型(TFT型),薄膜晶体管型液晶屏色彩的真实度和饱和度好,响应快速,在嵌入式行业应用普遍•’另夕卜,薄膜晶体管型液晶屏采用的是四线电阻触摸屏技术,具备较高的分辨率,本实用新型通过LCD的相关控制引脚, 为嵌入式仿生嗅觉信息采集装置提供人机交互触控界面。
[0014] 上述微处理器模块I还连接有Zigbee无线收发模块8, Zigbee无线收发模块8的接收模块通过串口与微处理器模块I连接,上述Zigbee无线收发模块8的发送模块与无线终端连接。本实施例中,Zigbee无线收发模块8采用CC2430芯片,CC2430芯片与微处理器模块I所用的ARMll之间通过串口相连接,经过算法处理后的采样数据通过CC2430芯片内部集成的2.4GHz的无线收发模块进行发送,省去了繁琐的布线过程,提高了装置的可靠性,高效性,稳定性。Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据传输速率以及低成本的无线双向网络通信技术。针对近年来物联网技术的迅速发展,并且Zigbee技术是当前无线传感器网络应用的首选技术之一。在本采集装置中,特别地外加了支持Zigbee协议的CC2430芯片作为低功耗的无线收发器,其发射功率仅为Imw加之工作周期短,降低了整个仿生嗅觉采集装置的功耗。使用CC2430芯片与ARMll通过UART接口相连接,经过处理后的采样数据通过由CC2430芯片内部集成的2.4GHz的无线收发模块进行发送,实现了嵌入式仿生嗅觉信息采集装置与无线终端(手机或者平板电脑)的数据传输,方便了无线的数据传输和日后的数据处理。特别是在有毒气体现场和其他对人体有害的区域中进行检测时,利用Zigbee无线网络技术可以实现近距离与终端的无线数据传输以及自动控制,也方便了人们对于现场的分析,并采取相应的安全措施。上述无线终端为手机或者平板电脑。
[0015] 本实施例中,微处理器模块I采用Samsung公司的S3C6410A,内核是ARM1176JZF-S,拥有主频为533MHz作为硬件平台,是整个嵌入式信息采集装置系统的核心部分。[0016] 本实施例中,传感器阵列模块2选取六个对不同气体敏感的MQ型气味传感器,封装在一个周边带有胶塞的中间带有过孔的圆盘,尺寸大小满足刚好密封圆柱形密闭容器的瓶口。在圆盘接近于容器口的位置,封装以加热电阻为主的加热模块,主要是用来提高容器内的温度,提供了待测气体与传感器阵列理想的电化学反应环境,有效地实现对气味信号的采集速度、采集精度的提升,间接地提高了整个仿生嗅觉采集装置的响应速度;另外由于加热电阻的存在,相应地需要在气味采集模块中加上温度采样与控制模块,外接ARMll的GPIO 口,控制加热模块的工作时间以及关断,从而实现对密闭容器内的温度实时地控制,提高了整个仿生嗅觉信息采集装置的稳定性。
[0017] 本实施例中,温度采样与控制模块3由温度传感器和加热电阻及其外围电路组成,温度传感器的采样信号输出端与微处理器模块I的信号输入端连接,微处理器模块I的信号输出端与加热电阻及其外围电路连接。温度传感器通过对在进行嗅觉信息采集的密闭容器的环境温度进行采样,采样值经过微处理器模块I处理,从而控制加热电阻的导通与关断的时间,从而间接地调节气体传感器阵列与待测气体之间电化学反应的环境温度,有效地提高装置的响应速度。
[0018] 本实施例中,模拟多路开关与电压放大模块4使用了美国ANOLOG DEVICES公司生产的ADG708芯片。ADG708是一款低压CMOS模拟多路复用器,抗干扰能力强,内置8个双向单通道。它根据3位二进制地址线A0、A1和A2所确定的地址,将8路输入(S1-S8)之一切换至公共输出D。本实施例中,利用S3C6410芯片的两个GPIO 口作为模拟多路开关的使能端和电压端,另外使用其它三个GPIO 口形成3位的二进制地址线,6个MQ型半导体气体传感器分别接到S1、S2、S3、S4、S5、S6这6个接口上,通过编程实现对通道的选择;电压放大模块主要是实现对MQ型半导体传感器输出的电压变化进行放大,从而更好地进行模数转换。装置中使用的电压放大模块采用Analog Device公司的AD620芯片,它具有低成本和高精度的特点,通过一个外部的电阻来控制增益的大小,电压增益范围为从I到10000,实现对传感器阵列输出的电压信号进行放大,方便了模数的转换。
[0019] 本实施例中,模数转换模块5采用10位CMOS ADC,是一个8通道模拟输入的模数转换器。其中只有四个通道作为外部AD输入端,所以选择单个AD接口,再配合高速的模拟开关来实现对六个传感器的模数转换。
[0020] 本实施例中,电源模块9包括外部5V电源和内置5V的电源。装置上集成有+5V转+3.3V,+5V转-5V的电压转换芯片供给处理器和外围设备的用电;并且内部供电系统采用充电电池,在使用外接电源的时候,同时给充电电池进行充电,当充电达到饱和时,电源管理模块会自动切断充电模块,实现了能源的有效的利用,内置的电源模块,大大提高了可携带性。

Claims (10)

1.一种嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于包括有微处理器模块、传感器阵列模块、温度采样与控制模块、模拟多路开关与电压放大模块、模数转换模块、电源模块,其中传感器阵列模块对装入在密闭容器中的待测气体进行采样,且传感器阵列模块的信号输出端通过与之连接的模拟多路开关和电压放大模块、再通过模数转换模块与微处理器模块连接;密闭容器中还装设有温度采样与控制模块,温度采样与控制模块与微处理器模块连接,电源模块供电至微处理器模块、传感器阵列模块、温度采样与控制模块、模拟多路开关与电压放大模块、模数转换模块。
2.根据权利要求1所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述微处理器模块还连接有存储器模块。
3.根据权利要求1所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述微处理器模块还连接有LCD模块。
4.根据权利要求1所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述微处理器模块还连接有Zigbee无线收发模块,Zigbee无线收发模块的接收模块通过串口与微处理器模块连接,上述Zigbee无线收发模块的发送模块与无线终端连接。
5.根据权利要求4所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述无线终端为手机或者平板电脑。
6.根据权利要求1所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述微处理器模块采用S3C6410芯片,内核是ARMl176JZF-S。
7.根据权利要求1至6任一项所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述传感器阵列模块为气敏传感器阵列,气体传感器阵列由6个MQ型半导体气体传感器组成,封装在一个周围带有胶塞和中间有过孔的圆盘上。
8.根据权利要求7所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述温度采样与控制模块由温度传感器和加热电阻及其外围电路组成,温度传感器的采样信号输出端与微处理器模块的信号输入端连接,微处理器模块的信号输出端与加热电阻及其外围电路连接。
9.根据权利要求8所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述模拟多路开关与电压放大模块采用ADG708芯片。
10.根据权利要求9所述的嵌入式仿生嗅觉信息采集装置,其特征在于上述模数转换模块采用10位CMOS ADC, 10位CMOS ADC是8通道模拟输入的模数转换器。
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CN106425681A (zh) * 2016-06-29 2017-02-22 北京航天控制仪器研究所 一种机床刀具微进给测微装置及方法
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